לייזר Ultrafast ייחודי חלק שני

ייחודילייזר Ultrafastחלק שני

פיזור ופריחת דופק: פיזור עיכוב קבוצתי
אחד האתגרים הטכניים הקשים ביותר שנתקלו בהם בעת שימוש בלייזרים אולטרה-פסטים הוא שמירה על משך הפולסים הקצרים במיוחד שנפלטו בתחילה על ידילייזרו פולסים אולטרה -פסטיים רגישים מאוד לעיוות הזמן, מה שהופך את הפולסים לארוכים יותר. השפעה זו מחמירה ככל שמשך הדופק הראשוני מתקצר. בעוד לייזרים אולטרה -פסטים יכולים לפלוט קטניות עם משך של 50 שניות, ניתן להגביר אותם בזמן על ידי שימוש במראות ועדשות להעברת הדופק למיקום היעד, או אפילו פשוט להעביר את הדופק באוויר.

עיוות הזמן הזה מכמת באמצעות מדד שנקרא קבוצה מעוכבת פיזור (GDD), המכונה גם פיזור מסדר שני. למעשה, ישנם גם מונחי פיזור בסדר גודל גבוה יותר שעשויים להשפיע על התפלגות הזמן של פולסים לייזר אולטרה-פרט, אך בפועל, בדרך כלל מספיק רק כדי לבחון את השפעת ה- GDD. GDD הוא ערך תלוי תדרים שהוא פרופורציונלי באופן לינארי לעובי של חומר נתון. לאופטיקה של העברה כמו עדשה, חלון ורכיבים אובייקטיביים בדרך כלל יש ערכי GDD חיוביים, מה שמצביע על כך שפעם פעימות דחוסות יכולות לתת לאופטיקה של השידור משך דופק ארוך יותר מאלו שנפלטו על ידימערכות לייזרו רכיבים עם תדרים נמוכים יותר (כלומר, אורכי גל ארוכים יותר) מתפשטים מהר יותר מרכיבים עם תדרים גבוהים יותר (כלומר, אורכי גל קצרים יותר). ככל שהדופק עובר יותר ויותר עניין, אורך הגל בדופק ימשיך להתרחב עוד יותר בזמן. למשך זמן דופק קצר יותר, ולכן רוחב פס רחב יותר, השפעה זו מוגזמת עוד יותר ויכולה לגרום לעיוות זמן משמעותי של זמן הדופק.

יישומי לייזר Ultrafast
ספקטרוסקופיה
מאז כניסתם של מקורות לייזר Ultrafast, הספקטרוסקופיה הייתה אחד מתחומי היישום העיקריים שלהם. על ידי צמצום משך הדופק לפנקו -שניות או אפילו לאטוס -שניות, ניתן להשיג תהליכים דינמיים בפיזיקה, כימיה וביולוגיה שלא ניתן היה לראות בהן מבחינה היסטורית. אחד מתהליכי המפתח הוא תנועה אטומית, והתצפית על תנועה אטומית שיפרה את ההבנה המדעית של תהליכים בסיסיים כמו רטט מולקולרי, ניתוק מולקולרי והעברת אנרגיה בחלבונים פוטוסינתטיים.

הדמיה ביולוגית
לייזרים אולטרה-פסטיים בעלי עוצמה שיא תומכים בתהליכים לא לינאריים ומשפרים את הרזולוציה להדמיה ביולוגית, כמו מיקרוסקופיה רב-פוטון. במערכת רב-פוטונים, על מנת לייצר אות לא לינארי ממטרה ביולוגית או מטרה פלורסנטית, שני פוטונים חייבים לחפוף בחלל ובזמן. מנגנון לא לינארי זה משפר את רזולוציית ההדמיה על ידי הפחתה משמעותית של אותות פלואורסצנט רקע המציקים מחקרים על תהליכי פוטון יחיד. רקע האות הפשוט מאויר. אזור העירור הקטן יותר של המיקרוסקופ המולטי -פוטון מונע גם הוא רעילות פוטוטו וממזער את הנזק למדגם.

איור 1: תרשים דוגמה של נתיב קרן בניסוי מיקרוסקופ רב-פוטון

עיבוד חומרי לייזר
מקורות לייזר UltraFAST חוללו מהפכה גם במיקרו -מכשיר לייזר ועיבוד חומרים בגלל הדרך הייחודית שקטניות Ultrashort מקיימות אינטראקציה עם חומרים. כאמור, כשמדברים על LDT, משך הדופק UltraFAST מהיר יותר מסולם הזמן של דיפוזית החום לסריג החומר. לייזרים אולטרה-אפסטים מייצרים אזור קטן בהרבה הנגוע בחום מאשרלייזרים פועמים של ננו -שניותוכתוצאה מכך הפסדי חתך נמוכים יותר ועיבוד מדויק יותר. עיקרון זה חל גם על יישומים רפואיים, כאשר הדיוק המוגבר של חיתוך לייזר אולטרה-פרט עוזר להפחית את הנזק לרקמות הסובבות ומשפר את חווית המטופל במהלך ניתוח לייזר.

פולסים של Attosecond: עתיד לייזרים אולטרה -אפסטים
כאשר המחקר ממשיך לקדם לייזרים אולטרה -פסטים, מפותחים מקורות אור חדשים ומשופרים עם משך דופק קצר יותר. כדי לקבל תובנה לגבי תהליכים פיזיים מהירים יותר, חוקרים רבים מתמקדים ביצירת פולסים אטוס-שניים-כ -10-18 שניות בטווח אורך הגל האולטרה סגול הקיצוני (XUV). פולסים של אטוסקונד מאפשרים מעקב אחר תנועת האלקטרונים ולשפר את ההבנה שלנו במבנה האלקטרוני ומכניקת הקוונטים. בעוד שהשילוב של לייזרים של XUV AttoSecond בתהליכים תעשייתיים טרם התקדמה משמעותית, מחקר והתקדמות מתמשכת בתחום כמעט ודאי ידחפו את הטכנולוגיה הזו מהמעבדה ולייצור, כמו שקורה עם Femtosecond ו- PicoSecondמקורות לייזר.